- Оксидация стали
-
Оксидирование — создание оксидной плёнки на поверхности изделия или заготовки в результате окислительно-восстановительной реакции. Оксидирование преимущественно используют для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоёв. Различают термические, химические, электрохимические (или анодные) и плазменные методы оксидирования.
Виды оксидирования
Термическое оксидирование обычно осуществляют при нагревании изделий в атмосфере, содержащей О2 или водяной пар. Например, термическое оксидирование железа и низколегированных сталей, называемое воронением, проводят в печах, нагретых до 300-350 °С, или при непосредственном нагревании изделий на воздухе, добиваясь необходимого цвета обрабатываемой поверхности. Легированные стали термически оксидируют при более высокой температуре (400-700 °C в течение 50-60 мин. Магнитные железоникелевые сплавы (пермаллои) оксидируют при 400-800 °С в течение 30-90 мин. Термическое оксидирование — одна из важнейших операций планарной технологии; создаваемые диэлектрические плёнки защищают готовые полупроводниковые структуры от внешних воздействий, изолируют активные области дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем. Наиболее часто термическое оксидирование применяют при изготовлении кремниевых структур. При этом Si окисляется на глубину около 1 мкм при 700-1200 °С. С начала 80-х гг. в производстве кремниевых больших интегральных схем оксидирование проводят при повышенном (до 107 Па) давлении O2 или водяного пара (термокомпрессионное оксидирование).
При химическом оксидировании изделия обрабатывают растворами или расплавами окислителей (нитратов, хроматов и др.). Химическое оксидирование используют для пассивации металлических поверхностей с целью защиты их от коррозии, а также для нанесения декоративных покрытий на чёрные и цветные металлы и сплавы. В производстве электровакуумных приборов его применяют для чернения масок цветных кинескопов и др. деталей с целью получения поверхности с низким коэффициентом отражения света и высоким коэффициентом теплового излучения. Химическое оксидирование чёрных металлов проводят в кислотных или щелочных составах при 30-100 °С. Обычно используют смеси соляной, азотной или ортофосфорной кислот с добавками соединений Mn, Ca(NO3)2 и др. Щелочное оксидирование проводят в растворе щелочи с добавками окислителей при 30-180 °С. Оксидные плёнки на поверхности чёрных металлов получают также в расплавах, состоящих из щелочи, NaNO3 и NaNO2, MnO2 при 250-300 °С. После оксидирования изделия промывают, сушат и иногда подвергают обработке в окислителях (K2Cr2O7) или промасливают. Химическое оксидирование применяют для обработки некоторых цветных металлов. Наиболее широко распространено химическое оксидирование изделий из магния и его сплавов в растворах на основе K2Cr2O7. Медные или меднёные изделия окисляют в составах, содержащих NaOH и K2S2O8. Иногда химическое оксидирование используют для оксидирования алюминия и сплавов на его основе (дуралюминов). В состав раствора входят Н3РО4, CrO3 и фториды. Однако по качеству оксидные плёнки, полученные химическим оксидированием, уступают плёнкам, нанесённым методом анодирования.
Электрохимическое оксидирование, или анодное оксидирование (анодирование), деталей проводят в жидких (жидкостное оксидирование), реже в твёрдых, электролитах. Поверхность окисляемого материала имеет положительный потенциал. Жидкостное оксидирование в водных и неводных растворах электролита применяют для получения защитных, декоративных покрытий и диэлектрических слоёв на поверхности металлов, сплавов и полупроводниковых материалов при изготовлении приборов со структурами металл-диэлектрик-полупроводник и СВЧ интегральных схем, оксидных конденсаторов, коммутационных плат на основе алюминия и других металлов. Наиболее широко анодное оксидирование используют для нанесения оксидных слоев на конструкции из Al и его сплавов. При этом получают защитные (толщиной 0,3-15 мкм), износостойкие и электроизоляционные (2-300 мкм), цветные и эматаль-покрытия (эмалеподобные), а также тонкослойные (0,1-0,4 мкм) оксидные плёнки. Для образования толстых оксидных слоёв применяют в основном растворы H2SO4 и CrO3. Тонкие оксидные плёнки получают в растворах на основе Н3РО4 и Н3ВО3. Цветное анодирование проводят в растворах, содержащих органические кислоты (щавелевую, малеиновую, сульфосалициловую и др.). Эматаль-покрытия получают в электролитах, содержащих, как правило, CrO3. Анодирование магния и его сплавов осуществляют в растворах, содержащих NaOH, фториды, хроматы металлов. Анодное оксидирование стали проводят в растворах щелочи или CrO3. Методы анодного оксидирования получают распространение в полупроводниковой технологии, особенно для получения оксидных слоёв на полупроводниках типа AIIIBV, AIIBVI и т.п.
Плазменное оксидирование проводят в кислородсодержащей низкотемпературной плазме, образуемой с помощью разрядов постоянного тока, ВЧ и СВЧ разрядов. Таким способом получают оксидные слои на поверхности кремния, полупроводниковых соединений типа AIIIBV при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем, при создании туннельных переходов на основе плёнок Nb и Pb в криоэлектронных интегральных схемах, а также для повышения светочувствительности серебряно-цезиевых фотокатодов. Разновидность плазменного оксидирования — ионно-плазменное оксидирование, проводимое в высокотемпературной кислородсодержащей плазме СВЧ или дугового разряда в вакууме (около 1 Па) и температуре обрабатываемой поверхности не выше 430 °С. При таком способе оксидирования ионы плазмы достигают поверхности изделия с энергиями, достаточными для их проникновения в поверхностный слой и частичного его распыления. Качество оксидных плёнок, полученных этим методом, сравнимо с качеством плёнок, выращенных при термическом оксидировании, а по некоторым параметрам превосходит их.
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
